Leverer tryk med en ukonventionel krystalgrænseflade

Brugen af ​​tryk til at ændre halvlederegenskaber viser stigende lovende i applikationer som højtydende infrarøde sensorer og energikonverteringsenheder. Med en ny og ukonventionel krystalgrænseflade, forskere ved Rensselaer Polytekniske Institut har muliggjort mere kraftfuld og dynamisk tuning af metoden, som de oprindeligt var banebrydende i 2015.

"En konventionel måde at indføre belastning eller tryk i et funktionelt materiale på er at dyrke et sådant materiale på et substrat, der ligner filmmaterialet i materialekemi, men ikke er forskelligt i gitterkonstant. I vores arbejde, vi brød fra denne konventionelle visdom "sagde Jian Shi, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved Rensselaer Polytekniske Institut.

Forskningen er detaljeret i "Defekt-konstrueret epitaksial VO2±δ i strain engineering af heterogene bløde krystaller, " offentliggjort i en nylig udgave af Videnskabens fremskridt .

Tidligere forskning ved hjælp af belastning til at ændre halvlederegenskaber har fokuseret på at udvikle en sammenhængende epitaksial grænseflade mellem filmen og substratet for at overføre belastningen fra substratet til filmen. For eksempel, i elastisk strain engineering, folk dyrker germanium på silicium, oxider på oxider, chalcogenider på chalcogenider.

Science Advances-arbejdet introducerer en ny tilgang, aflejring af et forskelligt, men teknologisk vigtigt halvledermateriale - halogenidperovskit - på et vanadiumdioxidsubstrat. Halidperovskit har ringe indflydelse på kemien af ​​vanadiumdioxidsubstrat. Men når det kombineres, vanadiumdioxid og halogenid perskovit danner en heterogen grænseflade, hvilket kunne gøre det muligt effektivt at overføre stamme til halvledermaterialet.

Forskningen bruger et specielt konstrueret substrat - vanadiumdioxid - der er i stand til en strukturel faseovergang, hvilket betyder, at det ændrer struktur under forskellige temperaturer. Forskerne bruger den strukturelle faseovergang til at belaste en tyndfilmshalvleder aflejret på dens overflade ved hjælp af kemisk dampaflejring.

For at muliggøre stor belastning i halvlederlaget, Yiping Wang, en kandidatstuderende i Shis laboratorium, modificeret vanadiumdioxid, tilsætning og fjernelse af iltatomer fra materialet ved at kontrollere partialtrykket af ilt under kemisk dampaflejring af vanadiumdioxidet, når det dyrkes på en safirkrystal.

De resulterende "defektkonstruerede" nanoskov-arrays af vanadiumdioxid har en stor strukturel ændring under temperaturstimulering, og kan bevæge sig gennem ikke én men tre faseovergange, giver dem mulighed for mere præcist at indstille mængden af ​​tryk, der udøves på halvlederen.

Denne utraditionelle tilgang, viser, at den mekaniske blødhed af halvlederkrystallerne kunne være en nøgle til succes med strain engineering. Med en blødere halvleder, en moderat grænseflade, og et mere dynamisk substrat, forskerne var i stand til dynamisk at modificere halvlederens fysiske egenskaber på en reversibel måde på nanoskala. Det leverede tryk blev fundet stort nok til at udløse en strukturel og elektronisk faseovergang i halvlederkrystallen. En sådan overgang i denne krystal er blevet demonstreret under højt tryk ved hjælp af en anden, men teknologisk upraktisk tilgang.